超級不銹鋼主要是指超級鐵素體不銹鋼(高鉻量、高鉬量,且耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值≥35),超級奧氏體不銹鋼(高鉻量、高鉬量、高氮量,且耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值≥40)及超級雙相不銹鋼(耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值≥40)。它們的耐腐蝕性能,特別是耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于原有不銹鋼,并填補(bǔ)了長期以來不銹鋼(鐵基耐蝕合金)與高鎳(鐵鎳基和鎳基)耐蝕合金之間沒有高耐蝕性不銹鋼的空白。主要應(yīng)用于石油、化工、石化、機(jī)械、能源(燃煤、燃油電廠和核電以及陸地、海洋深井和超深井油氣田開發(fā)等)、工業(yè)以及環(huán)保(如煙氣脫硫)、海洋開發(fā)(海水淡化、海洋工程)等領(lǐng)域中,大型裝置和關(guān)鍵裝備、構(gòu)建、件等。
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN和(00Cr21Ni25Mo6CuN)AL-6XN plus這兩個牌號均系美國 Allegheny Ludlum Co.開發(fā)的超級奧氏體不銹鋼。00Cr21Ni25Mo6CuN(AL-6XN plus)系在00Cr20N24M6N(AL-6XN)基礎(chǔ)上控制鋼中的鉻、鎳、鉬、氮量處于6X-6XN的上限,使此合金的PRE值高達(dá)約50,且組織的熱穩(wěn)定性并不降低。 實(shí)際生產(chǎn)中若將AL-6XN中的鉻、鎳、鉬、氮控制在上限就是AL-6XN plus 的化學(xué)成分,因此,人們并不認(rèn)為 AL-6XN plus是一種新牌號。1979年起,AL-6XN鋼開始用于電廠管式海水冷凝器至今已長達(dá)30多年,管材用量已在1000萬米以上。
這兩種成分的超級奧氏體不銹鋼固溶態(tài)均具有單一的奧氏體,沒有金屬間相存在,但若大于等于540℃,則會有碳、氮化物和o相等金屬間相析出,對此,鉻、鉬量處于化學(xué)成分上限者會更為敏感。
中國標(biāo)準(zhǔn):00Cr20Ni24Mo6N 、美國UNS標(biāo)準(zhǔn):N08637 、 美國ASTM標(biāo)準(zhǔn): AL-6XN 、歐盟EN標(biāo)準(zhǔn): 1.4529
一、化學(xué)成分
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的化學(xué)成分 % | ||||||||||
牌號 | 碳 | 硅 | 錳 | 鉻 | 鎳 | 鉬 | 銅 | 氮 | 硫 | 磷 |
00Cr20Ni24Mo6N AL-6XN (UNS N08367) | ≤0.03 | ≤0.10 | ≤2.0 | 20.0~22.0 | 23.5~25.5 | 6.0~7.0 | ≤0.75 | 0.18~0.25 | ≤0.03 | ≤0.04 |
二、力學(xué)性能
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的室溫力學(xué)性能 | |||
σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% | 硬度(HRB) |
≥690 | ≥310 | ≥30 | <240 |
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼薄帶(厚度=1.2mm)的室溫力學(xué)性能 | |||
冷軋變形 % | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% |
固溶態(tài) | 772 | 379 | 45 |
5 | 876 | 634 | 30 |
10 | 910 | 710 | 24 |
15 | 965 | 786 | 19 |
20 | 1020 | 910 | 15 |
40 | 1220 | 1117 | 5 |
75 | 1365 | 1255 | 2 |
三、耐腐蝕性能
1. 全面腐蝕
下表列入了在一些酸介質(zhì)(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐蝕性316L不銹鋼、317L不銹鋼、904L不銹鋼和著名的鎳基耐蝕合金 Hastelloy C-276 的對比結(jié)果。顯然(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐蝕性不僅優(yōu)于這幾種不銹鋼,而且優(yōu)于或與C-276 哈氏合金相當(dāng)。
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐全面腐蝕性能 | |||||
試驗(yàn)溶液(沸騰) | 腐蝕速率 / mm·a-1 | ||||
316L | 317L | 904L | AL-6XN | C-276 | |
20%醋酸 | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.063 | 0.01 |
45%甲酸 | 0.06 | 0.47 | 0.2 | 0.06 | 0.07 |
10%草酸 | 1.23 | 1.14 | 0.69 | 0.19 | 0.28 |
20%磷酸 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.006 | 0.009 |
10%亞硫酸鈉 | 1.82 | 1.42 | 0.23 | 0.19 | 0.45 |
5%氫氧化鈉 | 1.92 | 0.83 | 0.24 | 0.19 | 0.45 |
10%硫酸 | 16.15 | 7.58 | 2.53 | 1.83 | 0.35 |
在硫酸和氯化氫中(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼雖然優(yōu)于所試驗(yàn)的904L不銹鋼、654SMO不銹鋼,但在含氯離子濃度高的硫酸中,特別是在鹽酸中使用范圍依然很窄,僅優(yōu)于904L不銹鋼,但低于另一種7%Mo型超級奧氏體不銹鋼 654SMO。在氯化氫中,(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐蝕性仍低于 654SMO不銹鋼,但優(yōu)于所試驗(yàn)的2507超級雙相不銹鋼在內(nèi)的其他不銹鋼牌號。
2. 點(diǎn)蝕
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性(按點(diǎn)蝕電位和臨界點(diǎn)蝕溫度來評價(jià))并與其他不銹鋼和625合金( Inconel 625 )及 G3合金 ( Hastelloy G3 )進(jìn)行對比試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)在所試驗(yàn)條件下,(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性優(yōu)于316L不銹鋼、317L不銹鋼、904L不銹鋼,但與G3合金相近,而低于625合金。在6%FeCl3溶液中,焊前和焊后(TIG 焊未填絲)(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼和其他不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性(臨界點(diǎn)蝕溫度)優(yōu)于焊接的影響,AL 6XN不銹鋼的焊后耐點(diǎn)蝕性下降,但與鉬量較低的牌號(316L不銹鋼、317L不銹鋼和904L不銹鋼)相比較,高鉬量并含氮的 AL 6XN不銹鋼 還是最好的。
3. 縫隙腐蝕
通過對(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的韌性曲線相對比,可以看出:AL-6XN 不銹鋼耐蝕性(耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕)的降低系在此鋼的韌性下降之前出現(xiàn),特別是在較低溫度下更為明顯;AL 6XN不銹鋼在約700℃耐蝕性顯著下降,當(dāng)溫度≥ 927℃后,此種趨勢則受到了抑制。
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN 在 6%三氯化鐵溶液中的臨界縫隙腐蝕溫度 單位:℃ | |||||||||
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN | 試驗(yàn)用材料牌號 | ||||||||
316L 不銹鋼 | 825 合金 | 317L 不銹鋼 | 904L 不銹鋼 | 2205 雙相鋼 | E-B 26-1 | G 合金 | 625 合金 | C-276 合金 | |
43 | -3 | -3 | 2 | 15 | 20 | 21 | 30 | 38 | 55 |
在6% FeCl3 溶液中,(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼的臨界縫隙腐蝕溫度并與其他不銹鋼和耐蝕合金對比的結(jié)果后,發(fā)現(xiàn) AL-6XN不銹鋼的臨界縫隙溫度高達(dá)43℃,僅低于鎳基耐蝕合金 C-276(00Cr16Ni60Mo16W4)。此結(jié)果說明,在試驗(yàn)條件下 AL-6XN不銹鋼具有良好的耐縫隙腐蝕性能。
在臨界縫隙腐蝕溶液中(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN等產(chǎn)生縫隙腐蝕的起始條件 | |||||
材料牌號 | UNS 編號 | pH值 | 氯化物濃度 | ||
濃度/mol·L-1 | ppm | 與海水相比 | |||
430 | S43000 | 2.9 | 1.0 | 35000 | 1.84 |
304 | S30400 | 2.1 | 2.5 | 88750 | 4.68 |
316 | S31600 | 1.7 | 4.0 | 142000 | 7.48 |
904L | N08904 | 1.3 | 4.0 | 142000 | 7.48 |
AL 6XN | N08867 | <1.0 | 6.0 | 213000 | 11.22 |
625合金 | N06625 | 0.0 | 6.0 | 213000 | 11.22 |
在臨界縫隙腐蝕溶液中進(jìn)行了(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼和 625合金產(chǎn)生縫隙腐蝕的條件,試驗(yàn)結(jié)果表明 AL-6XN不銹鋼與鎳基耐蝕合金產(chǎn)生縫隙腐蝕的條件相當(dāng),即具有相近耐縫隙腐蝕性能。
4. 晶間腐蝕
由于(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼中一般僅含約0.02%碳,因此,很少有鉻碳化物析出,但是,當(dāng)熱加工、熱處理和焊接工藝不當(dāng),仍會有因金屬相和Cr2N等沿晶界沉淀而產(chǎn)生晶間腐蝕的危險(xiǎn)。
下表系采用不不同的晶間腐蝕試驗(yàn)方法所得出的鋼的晶間腐蝕數(shù)據(jù),可以看出,超低碳奧氏體不銹鋼和超級奧氏體不銹鋼之間除 ASTM A262 F 法外,腐蝕速率相差并不顯著,但鎳基耐蝕合金 C-276(00Cr16Ni60Mo16W4)的腐蝕速率卻很高。
四、加工性能
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼冷、熱加工性良好,能采用常用的冷、熱加工和成型工藝,但由于此鋼強(qiáng)度較普通奧氏體不銹鋼要高,因而變形,特別是冷變形需要更大的外力。AL-6XN不銹鋼管的彎曲半徑可稍微低于1.5×鋼管直徑,AL-6XN不銹鋼冷彎后最后進(jìn)行1120℃~1180℃固溶并結(jié)合快冷的處理。AL-6XN不銹鋼與管板連接可采用滾脹工藝。
五、焊接性能
(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼焊接性能良好,可采用奧氏體不銹鋼通用的工藝方法進(jìn)行焊接。優(yōu)于AL-6XN不銹鋼多作熱交換器用管,對于管與管板的焊接建議采用自動焊或手工焊。當(dāng)管板材料選用316L不銹鋼或高合金不銹鋼時(shí),一般不需要填絲。由于管板散熱快,AL-6XN不銹鋼的焊縫及熱影響區(qū)不會由于有害金屬間相等的析出而產(chǎn)生力學(xué)性能和耐蝕性的明顯下降。
六、熱處理工藝
根據(jù)對(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN不銹鋼成分上限、下限試驗(yàn),在1065℃短時(shí)加熱,便可使焊22%鉻、7%鉬的L-6XN不銹鋼中的σ相溶于基體中。AL-6XN不銹鋼的固溶處理溫度以1065℃~1105℃為宜。
七、材料應(yīng)用
由于(00Cr20Ni24Mo6N)AL-6XN超級奧氏體不銹鋼在氯化物(列入含氯離子水和海水)溶液中具有良好的耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能,因自20世紀(jì)70年代就大量用于海水冷凝器中的薄壁管,且使用情況良好,同時(shí)也可用于造紙和熱電廠FGD以及海上采油平臺耐氯化物局部腐蝕的重要設(shè)備、管線。
AL-6XN 不銹鋼在化工、石油工業(yè)中可用于耐腐蝕的工作溫度≤425℃的壓力容器設(shè)備。AL-6XN 不銹鋼已經(jīng)在國內(nèi)開始獲得應(yīng)用。